Антенна Яги или антенна, иногда называемая антенной Яги-Уда, широко используется для широковещательных, домашних и коммерческих приложений радиосвязи, где от конструкции радиочастотной антенны требуются усиление и направленность.
Антенна Yagi или антенна или антенна Yagi-Uda особенно популярны там, где для установки антенны требуются направленность и усиление. Хотя направленная антенна Yagi стала особенно популярной для телевизионного приема, она также используется во многих других приложениях, как для домашнего, так и для коммерческого или профессионального приема, а также для двусторонней радиосвязи.
Антенна хорошо зарекомендовала себя, и хотя она сложнее, чем некоторые другие типы, базовая конструкция проста и может обеспечить надежную установку антенны. Основными атрибутами антенны Yagi являются ее коэффициент усиления и направленность. Это позволяет ему обеспечивать улучшенный прием, позволяя принимать более высокие уровни сигнала и снижая уровни помех, улавливая сигналы только с заданного направления. Для передачи намного лучше используется доступная мощность, потому что можно сосредоточить передаваемую мощность в области, где она необходима. Точно так же уровни общих помех могут быть снижены для других пользователей, поскольку сигнал не передается в области, где он не нужен. Ввиду всех преимуществ, обеспечиваемых направленной антенной Yagi, дополнительные затраты на производство, связанные с дополнительным оборудованием, требуемым по сравнению с некоторыми другими типами антенн, вполне оправдывают инвестиции во многие установки радиосвязи и приемных антенн.
Разработка антенны Яги
Хотя антенна Yagi сейчас широко используется, только в конце 1920-х — начале 1930-х годов она начала использоваться. Обычно используется название Яги, его полное название — антенна Яги-Уда. Название происходит от двух японских изобретателей Хидэцугу Яги и Синтаро Уда. Концепция конструкции радиочастотной антенны была впервые изложена в документе, который Яги представил в 1928 году. С тех пор ее использование быстро выросло до такой степени, что сегодня телевизионная антенна является синонимом радиочастотной антенны, имеющей центральную штангу с множеством прикрепленных элементов.
Похоже, что конструкция антенны Яги изначально была разработана не студентом Яги, а его профессором Синтаро Уда. Однако все оригинальные документы были на японском языке, и, соответственно, дизайн не публиковался за пределами Японии. Уда не говорил по-английски, но говорил его ученик. Соответственно, именно Хидэцугу Яги писал статьи на английском языке. В результате дизайн часто ошибочно приписывают только Яги. Очевидно, что Яги вовсе не стремился украсть рекламу, и в результате имя собственное конструкции антенны теперь носит имена обоих мужчин и официально известно как антенна Яги-Уда.
Антенна Yagi — основы
Конструкция направленной антенны Yagi имеет диполь в качестве основного излучающего или ведомого элемента, на который подается питание непосредственно от фидера. Добавляются дополнительные «паразитные» элементы, которые не связаны напрямую с ведомым элементом, но получают мощность от ведомого дипольного элемента и переизлучают ее. Ключом к работе этой направленной антенны является то, что фаза мощности, излучаемой дополнительными элементами, отличается от фазы мощности ведомого элемента. Фаза устроена таким образом, что влияет на свойства всей антенны Yagi в целом, заставляя мощность фокусироваться в одном конкретном направлении и отводиться от других. Направления, в которых мощность, переизлучаемая паразитными элементами, находится в фазе, имеют усиление сигнала, тогда как в направлениях, где она не в фазе, сигналы компенсируются, а сигнал в этом направлении уменьшается. Амплитуда и фаза тока, индуцируемого в паразитных элементах, зависят от их длины и расстояния между ними и диполем или ведомым элементом.
Если элемент длиннее резонансной длины, т. е. ведомого элемента, то он становится индуктивным, а короче — емкостным. Таким образом, фазы токов в более коротких или более длинных элементах различны. Зная этот факт, можно создать три разных типа элементов, которые по-разному влияют на общую диаграмму направленности антенны.
В антенне Yagi есть три типа элементов:
- Ведомый элемент: Ведомый элемент — это элемент антенны Yagi, на который подается питание. Обычно это полуволновой диполь или часто складчатый диполь.Часто используется изогнутый дипольный элемент, потому что близость других паразитных элементов приводит к падению входного импеданса диполя. Использование витого диполя возвращает импеданс фидера к значению, которое обеспечивает лучшее согласование с используемым фидером.Часто для питания антенны используется коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель — это несбалансированный фидер, тогда как диполь — это сбалансированная антенна. Соответственно, элемент, называемый балуном (фактически трансформатором), должен использоваться для обеспечения правильного управления диполем.
- Отражатель: элемент отражателя примерно на 5% длиннее ведомого элемента. Антенна Yagi обычно имеет только один отражатель, потому что дополнительные отражатели практически не имеют значения.Рефлектор размещается за основным ведомым элементом, т.е. стороной, противоположной направлению максимальной чувствительности.Во многих конструкциях используются отражатели, состоящие из отражающей пластины или ряда параллельных стержней, имитирующих отражающую пластину. Это дает небольшое улучшение характеристик, уменьшая уровень излучения или наводки из-за антенны, т. е. в обратном направлении. Это может помочь снизить уровень принимаемых помех.Обычно отражатель добавляет около 4 или 5 дБ усиления в прямом направлении.
- Директор: Директор или директора сделаны короче ведомого элемента. Там может не быть ни одного, одного или нескольких отражателей в антенне Яги. Директор или директора располагаются перед ведомым элементом, т.е. в направлении максимальной чувствительности.Обычно каждый директор добавляет около 1 дБ усиления в прямом направлении, хотя этот уровень уменьшается по мере увеличения количества директоров.
Антенна Yagi имеет диаграмму направленности, состоящую из основного переднего лепестка и ряда паразитных лепестков сзади и сбоку. Основной паразитный лепесток – обратный, вызванный излучением в сторону рефлектора.
Антенну можно оптимизировать либо для уменьшения излучения в обратном направлении путем изменения длины и расстояния между рефлекторами, либо для обеспечения максимального уровня усиления в прямом направлении. К сожалению, эти два условия не совпадают в точности, и приходится идти на компромисс в отношении производительности в зависимости от приложения. Необходимо выбрать либо максимальное отношение вперед к заднему, либо максимальное усиление вперед.
Преимущества антенны Yagi
Антенна Yagi предлагает множество преимуществ по сравнению с другими типами антенн во многих приложениях, однако необходимо взвесить как преимущества, так и недостатки, чтобы убедиться, что выбран правильный тип антенны для любого конкретного применения.:
- Направленность: Антенна Yagi является направленной, что позволяет свести к минимуму уровни помех для приема и передачи.
- Усиление: Антенна Yagi имеет усиление, позволяющее принимать сигналы меньшей мощности.
- Простая конструкция: Антенна Yagi механически относительно проста по сравнению с другими конструкциями. Он может быть построен с использованием прямых стержней, которые просты в использовании и в большинстве случаев прочны.
- Поляризация: конструкция позволяет легко устанавливать антенну на вертикальных и других опорах с помощью стандартных механических креплений.
Антенна Yagi также имеет ряд недостатков, которые также необходимо учитывать.
- Максимальное усиление ~20 дБ Усиление ограничено примерно 20 дБ или около того для одной антенны, в противном случае оно становится слишком большим, а ширина луча сужается. Для низкочастотных антенн физический размер означает, что максимальное количество элементов и, следовательно, коэффициент усиления намного ниже 20 дБ.
- Длинный для высокого усиления: Для высоких уровней усиления антенна становится очень длинной.
Технические характеристики антенны Яги
Существует множество различных спецификаций, которые важны при выборе Yagi для установки антенны. Некоторые параметры влияют на работу радиостанции, а другие не менее важны, но относятся к механическим аспектам.
Хотя, возможно, прямое усиление является одной из главных характеристик, есть несколько других важных характеристик.
- Усиление антенны: Усиление антенны Yagi, вероятно, является главной характеристикой, которую многие люди будут искать в первую очередь. Есть две основные цифры: одна — усиление над диполем, дБд, а вторая — усиление над изотропным источником, дБи. Усиление над изотропным источником будет на 2,1 дБ выше, чем над диполем.
- Соотношение между передним и задним направлением: Спецификация соотношения между передним и задним направлением представляет собой отношение сигнала в прямом (желательном) направлении к сигналу в обратном направлении. Эта спецификация важна, когда необходимо либо предотвратить передачу сигнала в обратном направлении, возможно, для уменьшения помех, либо когда необходимо уменьшить уровень приема за пределами луча. Это может быть особенно важно, если могут существовать уровни мешающих сигналов, мощность которых может потребоваться уменьшить.Фактическое отношение фронта к тылу будет варьироваться в зависимости от антенны, но оно может составлять до 20 дБ для антенны большего размера.
- Ширина луча: Спецификация ширины луча для Yagi дает меру ширины луча. Чем больше коэффициент усиления у антенны, тем уже будет ее ширина луча. В свою очередь, это влияет на точность, с которой антенна должна быть ориентирована на источник сигнала. Поскольку иногда бывает трудно точно сориентировать антенну, большой коэффициент усиления и очень узкая ширина луча могут затруднить ее настройку.Ширина луча часто измеряется как ширина луча по половинной мощности, т.е. угол между точками, где уровень излучения падает наполовину, т. е. до точки -3 дБ. Этот угол измеряется в градусах и обычно дается как по горизонтальной, так и по вертикальной осям.
- Частота и полоса пропускания: Антенны Yagi зависят от частоты. У них есть не только центральная рабочая частота, но и полоса пропускания, в которой они будут работать удовлетворительно. Часто полоса пропускания ограничена либо согласованием импеданса и, следовательно, КСВ, а другая полоса пропускания, в которой они будут работать, чтобы дать удовлетворительную диаграмму направленности.
- Вес: Вес антенны может быть проблемой для некоторых антенных установок. Кронштейны должны быть достаточно прочными, чтобы удерживать антенну, поэтому, если антенна большая, требуются гораздо более прочные кронштейны.
- Длина: Длина антенны может быть проблемой для некоторых антенных установок. Чем больше коэффициент усиления у антенны, тем длиннее она будет. Это может повлиять на крепления, необходимые для общей установки — чем длиннее антенна, тем сильнее будет на нее влияние ветра.
При рассмотрении вопроса о покупке или установке антенны Yagi необходимо понимать технические характеристики, а также сопоставлять различные показатели друг с другом, чтобы получить наилучший общий компромисс между производительностью, стоимостью, размером и т.п.
Наиболее удачной установкой антенны может быть не только та, которая имеет самый высокий коэффициент усиления, но и та, которая работает надежно, а также способна снизить уровни помех с других направлений, антенная установка, которую можно настроить таким образом, чтобы обеспечить оптимальную производительность и т.д.
Антенна Yagi — это очень практичная конструкция радиочастотной антенны, которая подходит для приложений, где необходимы усиление и направленность. Хотя стоимость выше, чем у более простых антенн, Yagi часто обеспечивает наиболее экономичный вариант усиления, направленности и общей производительности. Для частот УКВ и выше размер Yagi очень приемлем, и он стал стандартным типом антенны, используемой там, где необходимы направленность и усиление.